Задача по физике, обязательно решение Круговой контур помещён в однородное магнитное поле так, что плоскость контура расположена под углом 30° к силовым линиям поля. Напряжённость магнитного поля Н=2×10^4 А/м. По контуру течёт ток силой 2А. Радиус контура 2 см. Какую работу надо совершить, что бы повернуть контур на 90° вокруг оси, совпадающей с диаметром контура и перпендикулярной к направлению поля? Какая средняя ЭДС индуцируется в контуре, если поворот будет совершен за 12с.? Решение обязательно
Для определения работы, необходимой для поворота контура на 90°, используем формулу для работы механического момента: [ W = \int \vec{M} \cdot d\vec{\theta} ]
Где:
( \vec{M} ) - момент силы, действующий на контур. В нашем случае это момент силы Лоренца, равный ( M = \vec{N} \times \vec{B} ), где ( \vec{N} ) - вектор нормали к плоскости контура, ( \vec{B} ) - вектор магнитной индукции.( d\vec{\theta} ) - элементарный угловой перемещение.
Учитывая, что момент силы Лоренца равен ( M = NBL \sin{\theta} ), где ( L ) - длина контура, у нас получается: [ W = \int{0}^{\frac{\pi}{2}} NBL \sin{\theta} d\theta = NLB \int{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin{\theta} d\theta = NLB \left[ -\cos{\theta} \right]_{0}^{\frac{\pi}{2}} ] [ W = NLB (-\cos{\frac{\pi}{2}} + \cos{0}) = NLB ]
Подставим значения: ( N = 2 А ), ( L = 2\pi r = 2\pi \cdot 0.02 м = 0.04 м ), ( B = 2 \cdot 10^4 Тл ) [ W = 2 \cdot 0.04 \cdot 2 \cdot 10^4 = 1600 Дж ]
Таким образом, работа, которую необходимо совершить, чтобы повернуть контур на 90°, составляет 1600 Дж.
Для определения средней ЭДС, индуцируемой в контуре, воспользуемся формулой Фарадея: [ U{инд} = -\frac{d\Phi}{dt} ] [ U{инд} = -\frac{d(\vec{B} \cdot \vec{S})}{dt} = -S \frac{d\vec{B}}{dt} ]
Учитывая, что поворот производится за время 12 секунд и учитывая изменение угла, получаем: [ \frac{d\vec{B}}{dt} = \frac{dB}{dt} \cdot \vec{N} = 0.4 \cdot 2 \cdot 10^4 \cdot \vec{N} = 8000 \vec{N} Тл/с ]
Таким образом, средняя ЭДС в контуре равна: [ U_{инд} = -0.04 \cdot 8000 = -320 Bл ]
Ответ: работа, которую необходимо совершить, чтобы повернуть контур на 90° - 1600 Дж; средняя ЭДС, индуцируемая в контуре, при повороте за 12с составляет -320 В.
[ W = \int \vec{M} \cdot d\vec{\theta} ]
Где:
( \vec{M} ) - момент силы, действующий на контур. В нашем случае это момент силы Лоренца, равный ( M = \vec{N} \times \vec{B} ), где ( \vec{N} ) - вектор нормали к плоскости контура, ( \vec{B} ) - вектор магнитной индукции.( d\vec{\theta} ) - элементарный угловой перемещение.Учитывая, что момент силы Лоренца равен ( M = NBL \sin{\theta} ), где ( L ) - длина контура, у нас получается:
[ W = \int{0}^{\frac{\pi}{2}} NBL \sin{\theta} d\theta = NLB \int{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin{\theta} d\theta = NLB \left[ -\cos{\theta} \right]_{0}^{\frac{\pi}{2}} ]
[ W = NLB (-\cos{\frac{\pi}{2}} + \cos{0}) = NLB ]
Подставим значения:
( N = 2 А ), ( L = 2\pi r = 2\pi \cdot 0.02 м = 0.04 м ), ( B = 2 \cdot 10^4 Тл )
[ W = 2 \cdot 0.04 \cdot 2 \cdot 10^4 = 1600 Дж ]
Таким образом, работа, которую необходимо совершить, чтобы повернуть контур на 90°, составляет 1600 Дж.
Для определения средней ЭДС, индуцируемой в контуре, воспользуемся формулой Фарадея:[ U{инд} = -\frac{d\Phi}{dt} ]
[ U{инд} = -\frac{d(\vec{B} \cdot \vec{S})}{dt} = -S \frac{d\vec{B}}{dt} ]
Учитывая, что поворот производится за время 12 секунд и учитывая изменение угла, получаем:
[ \frac{d\vec{B}}{dt} = \frac{dB}{dt} \cdot \vec{N} = 0.4 \cdot 2 \cdot 10^4 \cdot \vec{N} = 8000 \vec{N} Тл/с ]
Таким образом, средняя ЭДС в контуре равна:
[ U_{инд} = -0.04 \cdot 8000 = -320 Bл ]
Ответ: работа, которую необходимо совершить, чтобы повернуть контур на 90° - 1600 Дж; средняя ЭДС, индуцируемая в контуре, при повороте за 12с составляет -320 В.